格罗宁根大学 左边是纤维的分子结构单元，包括一个羰基桥连的三芳基胺核心(红色)、三个酰胺部分(蓝色)和手性大分子外围(灰色)
在癸烷中的自组装产生单个超分子纳米纤维，其可以组装成超分子纳米纤维束
学分:理查德·希尔德纳，格罗宁根大学 自然界的光合作用系统非常有效地向反应中心输送能量，在那里能量被转化为对植物有用的形式
科学家们一直以此为灵感，学习如何在分子电子学和其他技术中高效传输能量
格罗宁根大学的物理学家理查德·希尔德纳和他的同事研究了由纳米纤维制成的人工系统中的能量传输
该结果发表在《美国化学学会杂志》上
“经过数十亿年的进化，自然光合系统已经得到了优化
我们发现这在人工系统中很难复制，”格罗宁根大学副教授希尔德纳解释说
在细菌或植物的集光复合体中，光被转化为能量，然后以最小的损失传输到反应中心
束 五年前，希尔德纳和他的同事开发了一种系统，在这种系统中，盘状分子被堆叠成长度超过4微米、直径仅为0
005微米
相比之下，人类头发的直径是50到100微米
这个系统可以像光合系统中的天线一样传输能量
“但我们有时会看到能量传输卡在我们四微米长的纤维中间
系统中的某些东西似乎不稳定，”他回忆道
为了提高能量传输效率，希尔德纳和他的同事们创造了纳米纤维束
“这和普通电子产品中使用的想法是一样的:将非常细的铜线捆绑在一起，形成一根更加坚固的电缆
“然而，成束的纳米纤维在传输能量方面比单根纤维差
一致 原因是一种叫做连贯性的现象
当能量被输入到构成纤维的分子中时，就产生了激发态或激子
然而，这种激发态不是与单个分子相关的一包能量
希尔德纳:“能量在几个分子上离域，因此，它可以快速有效地穿过纤维
“这种离域意味着能量像波一样从一个分子转移到下一个分子
相比之下，没有相干性，能量就被限制在一个分子中，必须从一个分子跳到下一个分子
这种跳跃是一种慢得多的能量传输方式
希尔德纳解释说:“在捆绑包中，连贯性丧失了。”
这是由纤维束施加在其中每根纤维上的张力造成的
“纤维被压缩，这导致分子的侧基相互碰撞
“这改变了能源格局
在单根光纤中，几个相邻分子的激发态能量处于同一水平
在一束中，分子的局部环境不同，导致能级不同
自行车旅行 “想象你在骑自行车旅行
希尔德纳说:“这次旅行的高度代表了构成纤维的分子的能级。”
“如果你在荷兰骑自行车，你会很快到达目的地，因为那里地势平坦
相比之下，在阿尔卑斯山，你必须经常骑自行车上山，这很困难，会让你慢下来
“因此，当纤维中分子的能级不同时，传输变得更加困难
这一发现意味着该团队最初的想法——使用纳米纤维束来提高能量传输效率——结果是失败的
然而，他们从中学到了宝贵的经验，现在理论物理学家可以用这些经验来计算如何优化分子纤维中的输运
“我在格罗宁根大学的同事们目前正在这样做
但是我们已经知道一件事:如果你想在纳米纤维中获得良好的能量传输，不要使用纤维束
" 简单的科学总结 植物和光合细菌通过分子天线捕捉阳光，然后以最小的损失将能量转移到反应中心
科学家们希望制造出能够同样有效地传递能量的分子导线
格罗宁根大学的科学家们通过将某些分子堆积在一起创造了微小的纤维
单纤维传输能量，尽管它们有时会失灵
创建光纤束(就像铜布线一样)被认为是解决方案，但事实证明并非如此
当能量分散在几个分子中时，运动速度很快
在单根纤维中，这很有效，但是在成束的纤维中，当分子受到张力时，这种扩散受到阻碍
这些结果可以用来更好地理解分子导线的能量传输，这将有助于设计更好的导线
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